高一物理人教版必修一课堂达标4-2实验探究加速度与力质量的关系

课堂素养达标1.在探究加速度与力、质量的关系的实验中,采用如图所示的实验装置,小车及车中砝码的质量用m表示,盘及盘中重物的总质量用m0表示,小车的加速度可由打点计时器打在纸带上的点计算出。(1)当m与m0的大小关系满足________时,才可以认为绳对小车的拉力大小等于盘及盘中重物的重力。

(2)一组同学在做加速度与质量的关系实验时,保持盘及盘中重物的质量一定,改变小车及车中砝码的质量,测出相应的加速度,采用图像法处理数据。为了比较容易地确定出加速度a与质量m的关系,应该作a与________的图像。

(3)如图(a)为甲同学根据测量数据作出的aF图线,说明实验存在的问题是____________________________________________________________。

(4)乙、丙同学用同一装置做实验,画出了各自得到的aF图线如图(b)所示,两个同学做实验时的哪一个物理量取值不同?____________。

【解析】从实验原理入手,对照本实验的操作要求,弄清各图像的物理意义,讨论实验中处理数据的方法。(1)当m≫m0时,才可以认为绳对小车的拉力约等于盘及盘中重物的总重力。(2)因由实验画的am图线是一条曲线,难以判定它所对应的函数式,从而难以确定a与m的定量关系,所以在实验中应作aQUOTE图像而不是am图像来分析实验结果。(3)图(a)为甲同学根据测量数据作出的aF图线,图线没有过原点,而是与F轴交于一点,说明没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够。(4)乙、丙同学用同一装置做实验,画出了各自得到的aF图线,两图线的斜率不同,说明两个同学做实验时的小车及车中砝码的质量不同。答案:(1)m≫m0(2)QUOTE(3)没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够(4)小车及车中砝码的质量不同2.甲、乙两同学在同一实验室,各取一套如图1所示的装置放在水平桌面上,小车上均不放砝码,在没有平衡摩擦力的情况下,研究加速度a与拉力F的关系,分别得到图2中甲、乙两条直线,设甲、乙用的小车质量分别为m甲、m乙,甲、乙用的小车与木板间的动摩擦因数分别为μ甲、μ乙,由图可知,m甲________m乙,μ甲________μ乙。(均选填“大于”“小于”或“等于”)

【解析】实验中如果没有平衡摩擦力,对小车进行受力分析,根据牛顿第二定律Fμmg=ma,得a=QUOTEFμg,即aF图像中,斜率表示质量的倒数QUOTE,a轴上的截距的绝对值表示μg,结合图可得m甲<m乙,μ甲>μ乙。答案:小于大于3.在“探究加速度与力、质量的关系”实验中:(1)若采用如图甲、乙所示的实验装置与方案,通过黑板擦控制两小车的起动与停止,将测量两车的加速度转换为测量两车的位移。实验中不需要测量的物理量是__________(填字母代号)。

A.小车运动的时间B.小车通过的位移C.盘和盘中重物的总质量D.车和车上重物的总质量(2)在用DIS“研究小车加速度与力的关系”实验时,所用实验装置如图丙所示,重物通过细线跨过滑轮拉相同质量小车,用位移传感器测定位移,用力传感器测得拉力F,改变重物的重力重复实验多次,记录多组数据,并画出aF图像。①该实验中,__________(选填“需要”或“不需要”)满足“小车的质量远大于重物的质量”的条件。

②符合该实验方案得出的实验图像应是图丁中的__________(填字母代号)。

【解析】(1)两小车同时起动与停止,运动时间相同,由x=QUOTEat2可知,加速度的测量可以转化为位移的测量,则不需要测量小车运动的时间;盘和盘中重物的总质量、车和车上重物的总质量在进行数据处理时都要用到,故选A。(2)小车受到的拉力由力传感器测得,不再用重